Блок управления запуском двигателя

Вниманию читателей предлагается несложный для повторения блок на микроконтроллере PIC12F629 для автоматического управления запуском двигателя автомобиля и работой электрооборудования нажатиями на дополнительно установленную кнопку и педаль тормоза по определённому алгоритму.

Сегодня многие автомобили оснащены модулем (блоком) управления запуска/остановки двигателя с помощью кнопки. Заинтересовавшись этой темой, я разработал блок управления включением/выключением режимов работы электрооборудования автомобиля и запуском двигателя от дополнительно установленной кнопки и штатной педали тормоза. Блок можно устанавливать в автомобили как дополнительно к замку зажигания (с учётом нейтрализации блокиратора рулевой колонки), так и взамен его. Кнопку устанавливают в любом удобном месте, в том числе скрытно для защиты от угона.

Схема блока управления показана на рис. 1. Его основной элемент — микроконтроллер DD1, работающий от встроенного тактового генератора на частоту 4 МГц без подключения внешних конденсаторов. Встроенный компаратор использован как пороговое устройство для определения факта запуска двигателя автомобиля по напряжению бортовой сети. После начала работы двигателя напряжение на входе компаратора CIN+ (выв. 7 DD1) становится выше порогового значения +3,6 В, что фиксирует программа. После двукратной проверки этого напряжения программа устанавливает на линии порта GP1 (вывод 6) низкий уровень. Транзистор VT4 закрывается. Реле КЗ отключается, размыкая своими контактами К3.1 цепь START (питание обмотки реле стартёра) независимо от того, нажата дополнительно установленная кнопка или нет. Эту кнопку (на рисунке не показана) подключают к контактам 1 и 3 (KEY) разъёма Х1.

При разработке алгоритма работы данного блока с целью создания максимального удобства управления запуском/остановкой двигателя от кнопки учтены ситуации, которые могут возникнуть во время эксплуатации автомобиля. Управление осуществляется от длинного (более 2 с) или короткого (менее 2 с) по времени нажатия на кнопку и педаль тормоза (нажата или отпущена). Провод от ламп стоп-сигнала автомобиля подключён к контакту STOP разъёма Х1. Все возможные комбинации нажатий сведены в таблицу.

Аналогично узлу включения/выключения стартёра, описанному выше, выполнен узел включения/выключения дополнительного оборудования на транзисторе VT2 и реле К1, управляющий цепью АСС, и узел включения/выключения зажигания, управляющий цепью IGN (ещё обозначают ON) на VT3, К2. Сигналы управления на входы узлов поступают соответственно с линий порта GP5 и GP2 микроконтроллера. Микроконтроллер получает питание +5 В от стабилизатора напряжения DA1. Стабилитрон VD1 и самовосстанавливающийся предохранитель FU1 защищают от выбросов и повышенного напряжения в бортовой сети.

Блок собран на печатной плате (рис. 2) из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1 мм, размерами 60×80 мм. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3. Она помещена в пластмассовый корпус G1018 и закреплена термоклеем. На плате имеются и крепёжные отверстия.

Учитывая, что реле К1—КЗ должны гарантированно срабатывать при снижении напряжения питания до 9 В, в устройстве применены транзисторы ВС337 с малым напряжением насыщения, которые можно заменить отечественными КТ530А. Вместо стабилитрона 1N4745A желательно использовать защитный диод 1.5KE18A. Подстроенный резистор — PVC6A102. Разъём Х1 — вилка на плату WF-4R, Х2 — двухконтактные винтовые колодки 305-021-12 с шагом 5 мм. Самовосстанавливающийся предохранитель FU1 — MF-R090 на ток 0,9 А. Применены реле HK3FF-DC12V-SHG с рабочим напряжением обмотки 12 В и током срабатывания около 35 мА. Контакты этих реле способны коммутировать ток до 10 А при напряжении 30 В.

Налаживание блока заключается в установке на входе компаратора микроконтроллера порогового напряжения, по превышению которого определяется, запущен двигатель или нет, и производится в следующей последовательности.

• Соблюдая полярность, временно подключают любой маломощный светодиод последовательно с токоограничивающим резистором 1 кОм к контактам обмотки реле К1. Устанавливают движок построечного резистора R5 в нижнее по схеме положение.
• К контакту 4 (+АКБ) разъёма Х2 подключают провод от контакта АСС или IGN (ON) замка зажигания. К контактам 1 и 3 разъёма Х2 ничего не подключают!. К разъёму Х1 — два провода от кнопки (KEY) и общий провод от бортовой сети автомобиля (Общ.). Сигнальный провод от ламп стоп-сигнала автомобиля к контакту 2 (STOP) разъёма Х1 можно временно не подключать.
• Нажимают на кнопку и затем подают питание на блок, повернув ключ зажигания в нужное положение.
• Отпускают кнопку и запускают двигатель автомобиля ключом зажигания.
• Перемещая движок резистора R5 вверх, добиваются свечения (мигания) временно подключённого светодиода (реле К1 будет «щёлкать»).

Налаживание закончено. После этого блок можно подключить уже согласно рис. 1. Если автомобиль не оснащён какой-либо охранной системой, то для блокировки запуска двигателя можно использовать любой скрытно установленный выключатель, контакты которого подключают в разрыв провода, идущего к контакту 2 (STOP) разъёма Х1. Через разомкнутые контакты выключателя сигнал на блок поступать не будет и запуск двигателя автомобиля станет невозможен. По этой ссылке вы найдете прошивку для микроконтроллера PIC12F629 и исходный код программы на ассемблере.

Источник: Радио 2012 №8

C этой схемой также часто просматривают:

Радиотехническая система дистанционного управления
Блок питания на 3В
Лабораторный блок питания 1,3-30v 0-5A
Лабораторный блок питания 0. 30 В 3А
Мощный лабораторный блок питания
Цифровой спидометр автомобиля на основе GLCD
Автоматическое управление отопителем
Автомобильные говорящие часы с термометром
Зажигание для мотоцикла

Подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов: 4 схемы для начинающего мастера

Асинхронные электродвигатели просты по конструкции, дешевы, массово применяются в различных производствах. Не обходятся без них домашние мастера, запитывая их от 220 вольт с пусковыми и рабочими емкостями.

Но, есть альтернативный вариант. Это — подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов, который тоже имеет право на существование.

Ниже я показываю 4 схемы реализации такого проекта. Вы можете выбрать для себя любой из них, более подходящий под ваши личные интересы и местные условия эксплуатации.

С этой темой я впервые столкнулся в конце 1998 года, когда к нам в электролабораторию РЗА пришел друг связист с журналом Радио за №6 от 1996 года и показал статью про безконденсаторный запуск.

Мы сразу решили испытать ее в деле, благо все детали, включая тиристоры и подходящий двигатель, у нас имелись. Как раз был перерыв на обед.

Для проверки спаяли электронный блок навесным монтажом. Справились где-то меньше, чем за час. Схема заработала практически без наладки. Оставили ее для наждака.

Порадовали маленькие габариты блока и отсутствие необходимости подбирать конденсаторы. Особых отличий в потере мощности по сравнению с конденсаторным пуском замечено не было.

Принципы работы электронной схемы: запуск трехфазного асинхронного электродвигателя без конденсаторов

Для подключения в однофазную сеть по этому методу подойдет любой асинхронный движок типового исполнения.

Автор Голик обращает внимание, что обороты ротора в минуту должны составлять не 3000, а 1500. Связано это с конструкцией обмоток статора.

Мощность устройства ограничена электрическими характеристиками силовых диодов и тиристоров — 10 ампер с величиной обратного напряжения более 300 вольт.

Три обмотки статора необходимо подключать по схеме треугольника.

Их выводы собираются на клеммной колодке тремя последовательными перемычками.

Напряжение 220 вольт подключается через защитный автоматический выключатель параллельно одной обмотке, назовем ее «A». Две другие оказываются последовательно соединенными между собой и параллельно — с ней.

Обозначим их «B» и «C». На выводы одной из них, например, «B» подключается электронный блок. Назовем его ключом «k».

Представим, что ее контакт всегда разомкнут, а напряжение подано. Тогда по цепочкам «A» и «B+C» станут протекать токи Ia и Ib+c. Мы знаем, что сопротивление всех обмоток статора (резистивно-индуктивное) одинаково.

Поэтому в цепи «A» ток станет в два раза превышать вектор Ib+c, а по фазе они будут совпадать.

Каждый из этих токов создаст вокруг себя магнитный поток. Но, они не смогут в этой ситуации привести во вращение ротор.

Чтобы электродвигатель стал работать, необходимо сдвинуть по углу два этих магнитных потока (или токи между собой). Эту функцию в нашем случае выполняет электронный ключ.

Его конструкция собрана так, что он кратковременно замыкается, а затем размыкается, шунтируя обмотку «B».

Для этого процесса выбирается момент времени, когда синусоида напряжения достигает максимального амплитудного значения, а сила тока в обмотке «C», ввиду ее индуктивного сопротивления, минимальна.

Резкое закорачивание сопротивления «B» в цепи «B+C» создает бросок тока через замкнутый электронный контакт по виткам обмотки «C», который быстро возрастает и затем снижается под влиянием уменьшения амплитуды напряжения до нуля.

Между токами в обмотках «A» и «C» образуется временной сдвиг, обозначенный буквой φ. За счет возникновения этого угла сдвига фаз создается суммирующий магнитный поток, начинающий раскрутку ротора двигателя.

Форма тока в обмотке «C» при работе электронного ключа отличается от гармоничной синусоиды, но она не мешает создать на валу ротора крутящий момент.

При переходе полуволны синусоиды напряжения в область отрицательных значений картина повторяется, а двигатель продолжает раскручиваться дальше.

Электронная схема В Голик: устройство запуска трехфазных электродвигателей на доступной элементной базе

Силовая выходная часть электронного ключа, осуществляющая коммутацию обмотки, выполнена на двух мощных диодах (VD1, VD2) и тиристорах (VS1, VS2), включенных по схеме обычного моста.

Однако здесь они выполняют другую задачу: своими плечами из одного тиристора и диода поочередно шунтируют обмотку подключенного электродвигателя при достижении амплитудного значения синусоиды напряжения на схеме.

За счет такого подключения создан электронный ключ двунаправленного действия, реагирующий на положительную и отрицательную полуволну гармоники.

Диодами VD3 и VD4 осуществляется двухполупериодное напряжение сигнала, поступающего на цепи управления. Оно ограничивается и стабилизируется резистором R1 и стабилитроном VD5.

Сигналы на открытие тиристоров электронного ключа поступают от биполярных транзисторов (VT1 и VT2).

Переменный резистор R7 с номиналом на 10 килоом предназначен для регулировки момента открытия силового тиристора. Когда его ползунок установлен в минимальное положение сопротивления, то электронный ключ срабатывает при наибольшем напряжении амплитуды на обмотке B.

Максимальное введение сопротивления резистора R7 закрывает электронный ключ.

Запуск схемы осуществляют при положении ползунка R7, соответствующем максимальному сдвигу фаз токов между обмотками. После этого его сдвигают, определяют наиболее устойчивый режим работы, который зависит от приложенной нагрузки и мощности двигателя.

Все электронные детали со своими номиналами приведены на схеме. Они не являются дефицитными. Их можно заменить любыми другими элементами, соответствующими по электрическим характеристикам.

Вариант их размещения на электронной печатной плате показан на картинке. Регулировочный резистор R7 показан справа двумя подключенными проводами, синим и коричневым. Сам он не виден на фото.

Силовая часть, созданная для работы с электродвигателями небольшой мощности, может выполняться без радиаторов охлаждения, как показано здесь. Если же диоды и тиристоры работают на пределе своих возможностей, то теплоотвод обязателен.

2 схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов автора В Бурлако: в чем отличия

Здесь я полагаюсь на информацию из интернета, ибо вижу, что в принципе конструкции рабочие, а принципы управления токами в обмотках те же, что предложил В Голик.

Кстати, авторы статей ссылаются на автомобильный украинский журнал «Сигнал» №4 за 1999 год. Пришлось поискать его в интернете. Однако разочаровался, там оказалась полностью перепечатанная статья из журнала Радио под авторством В Голик. Вот так…

Если знаете, где можно найти первоисточник на эту информацию, то сообщите в комментариях.

Электронные ключи, выполненные по технологии Бурлако, работают так же. Они просто выполнены из других, более усовершенствованных полупроводников, как и силовая часть.

Схема запуска асинхронного двигателя от симисторного электронного ключа: усовершенствование конструкции В Голик

Картинка подключения трехфазного электродвигателя упростилась. Вместо двунаправленного силового блока из двух тиристоров и диодов здесь работает один симистор VS1 серии ТС-2-10.

Он также шунтирует одну обмотку «B» в момент достижения синусоидой напряжения амплитудного значения, когда ток параллельной цепочки минимален.

При этом создается сдвиг фаз токов в параллельных обмотках, как и в предыдущей схеме, порядка 50-80 угловых градусов, что достаточно для вращения ротора.

Работой симитора VS1 управляет ключ, выполненный на симметричном динисторе VS2 для каждого полупериода гармоники напряжения. Он получает команды от фазосдвигающей цепочки, выполненной из резистивно-емкостных элементов.

Сдвиг фазы сигнала конденсатором C дополняется общим сопротивлением R1+R2. Подстроечный резистор R2 на 68 кОм работает как R7 в предыдущей схеме, регулируя время заряда конденсатора и, соответственно, момент подключения VS2, а через него VS1 в работу.

Рекомендации автора по сборке и наладке

Схема испытывалась и предназначена для работы с электродвигателями, раскручивающими ротор до 1500 оборотов в минуту с электрической мощностью 0,5÷2,2 кВт.

На устройствах электронных ключей, работающих с мощными электродвигателями, необходимо обеспечивать теплоотвод с симистора VS1.

При наладке устройства обращают внимание на оптимальную подгонку угла сдвига фаз токов между обмотками, когда двигатель запускается и работает нормально: без шума, гула и вибраций. Для этого может потребоваться изменение номиналов у элементов фазосдвигающей цепочки.

Семисторы можно использовать другой марки. Важно, чтобы они соответствовали электрическим характеристикам. Вместо DB3 допустимо установить отечественный динистор KP1125.

Схема безконденсаторного запуска электродвигателей с большими пусковыми моментами

Она же хорошо подходит под управление двигателями, собранными для вращения со скоростью 3000 оборотов в минуту. С этой целью у нее изменена система подключения обмоток с треугольника на разомкнутую звезду.

На картинке ниже их полярность показана точками.

В этой ситуации создается больший крутящий момент для запуска ротора.

Рассматриваемая схема отличается от предыдущей дополнительным электронным ключом, подключенным к обмотке «A», создающим дополнительно сдвиг фазы тока. Он необходим для трудных условий работы.

Рекомендации автора по наладке и работе не изменились.

Преимущества схемы тиристорного преобразователя: автор В Соломыков

Эта разработка позволяет максимально эффективно сохранить мощность асинхронного двигателя при его подключении в однофазную сеть. Она является прообразом современных частотных преобразователей, но выполнена на старой и доступной элементной базе.

Тиристорный преобразователь позволяет сделать формы напряжений на каждой фазе очень похожими на идеальные, гармоничные синусоиды, под которые и создается асинхронный электродвигатель.

Питание от сети 220 вольт происходит через защиту — автоматический выключатель SF1 и диодный мост на базе Д233В.

Силовые выходные цепи образуются работой тиристорных ключей VS1-VS6.

Сдвиг фаз токов для питания каждой обмотки двигателя своим напряжением создается работой двух микросхем:

Они формируют такты сдвига напряжений сигналов в регистрах, а их сочетания подаются на входы управления тиристорами VS1÷VS6 через индивидуальные транзисторы VT1÷VT6 по запланированной временной диаграмме.

Логическая часть

Микросхема К176ИР2 вырабатывает по 2 раздельных 4-х разрядных регистра сдвига с четырьмя выходами Q от любого триггера. Каждый триггер двухступенчатый, типа D.

Ввод данных в регистр происходит через вход D. Также имеется вход для тактовых импульсов типа C. Они поступают через вход D 1-го триггера, а затем смещаются по ходу вправо на один такт.

Обнуление данных на выходе регистра Q происходит при поступлении на вход R (асинхронный сброс) напряжения логического уровня.

Таблица данных К176ИР2 и состояний регистров